早期風力發(fā)電機組變槳控制系統(tǒng)的改造

孫東旭，鄭 皓，唐江豐

（固安華電天仁控制設備有限公司，河北廊坊 065500）

0 引言

根據(jù)我國風電行業(yè)自主發(fā)展的特點，各大整機廠家設計了不同特性的風電機組。風電機組性能差異大，大量風電機組未經(jīng)性能檢測就并網(wǎng)運行，風電機組實際運行與設計功率特性存在較大差異，年發(fā)電量達不到預期目標[1]。隨著近幾年信息技術如云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等的快速發(fā)展，基于數(shù)據(jù)分析的風電機組發(fā)電量提升在風場運行中的作用逐漸顯現(xiàn)，這對老舊風場升級改造和智能運維具有重要意義。

TR-1.5G系列低壓變槳控制系統(tǒng)是華電天仁制設備有限公司針對國內(nèi)1.5 MW雙饋異步風力發(fā)電機組研發(fā)設計的早期產(chǎn)品。當時設備未做信息化相關功能，但留有數(shù)據(jù)接口。作為風電機組的主要部件，目前有必要對其進行數(shù)據(jù)采集接口功能改造。

1 TR-1.5G系列變槳控制系統(tǒng)

變槳控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，一般根據(jù)風速與輸出功率作為控制量來給出變槳距角指令[2]。

TR-1.5G系列變槳控制系統(tǒng)由3個功能和結構相同的軸柜組成（圖1）。自動模式下工作時，PLC接受風機主控通過現(xiàn)場總線下達的位置指令，經(jīng)過位置環(huán)運算輸出速度指令，通過變槳控制系統(tǒng)內(nèi)部通信傳給AC2變頻器，變頻器完成速度環(huán)與電流環(huán)運算驅(qū)動電機帶動槳葉，位置編碼器反饋槳葉位置至PLC和風機主控。

2 改造方案

2.1 現(xiàn)有條件

圖1 TR-1.5系列變槳控制系統(tǒng)

TR-1.5G系列變槳控制系統(tǒng)為早期機型，具備以下改造條件。

（1）變槳柜中的24 VDC電源有充足的設計裕量，可滿足一定功率的供電需要。

（2）每個軸柜配置的PLC控制器為倍福CX9000系列，該PLC是一款緊湊型以太網(wǎng)控制器，可運行Windows CE操作系統(tǒng)。目前預留2個以太網(wǎng)RJ45接口，支持高速以太網(wǎng)和Ether－CAT總線，PLC可通過此接口以OPC（Object Linking and Embedding，對象連接與嵌入；OLE for Process Control，用于過程控制的OLE）協(xié)議對外提供數(shù)據(jù)接口。

（3）輪轂內(nèi)，變槳軸箱的安裝支架上預留了小型設備的安裝孔位。

根據(jù)變槳控制系統(tǒng)的功能、結構特點以及實際的功能需求，在保證風電機組和變槳控制系統(tǒng)運行安全的情況下進行改造方案設計。

2.2 改造方案

圖2 改造后變槳控制系統(tǒng)

為最大程度不改變原變槳軸箱的元器件的安裝布局，新增加1個功能箱來作為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的接口，功能箱內(nèi)安裝1個以太網(wǎng)防浪涌模塊、1個多功能通信管理器和1個以太網(wǎng)交換機：24 VDC電源從B軸中取用；以太網(wǎng)信號從滑環(huán)接入，經(jīng)以太網(wǎng)絡防浪涌模塊后接入多功能通信管理模塊（CP6100R），該模塊通過建立VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)絡）的方式與復雜的外部網(wǎng)絡隔離，防止網(wǎng)絡風險；最后經(jīng)以太網(wǎng)交換機分別接入3個變槳柜的PLC控制器（圖2）。

3 結語

通過對華電天仁早期TR-1.5G系列低壓變槳控制系統(tǒng)結構和現(xiàn)有條件進行分析，提出改造方案，設計出一款數(shù)據(jù)接口功能盒裝置。該方案以OPC協(xié)議的方式接入到風場的以太網(wǎng)系統(tǒng)，為風電機組變槳控制系統(tǒng)的信息化提供了安全通道。